Содержание
Введение 3
Глава 1 Спектральный анализ небесных тел 4
Глава 2 Небо в рентгеновских лучах 6
Глава 3 Радиоастрономия 9
3.1 Зарождение радиоастрономии 9
3.2 Развитие радиоастрономии 10
3.3 Перспективы радиоастрономических исследований 10
Глава 4 Оптические наблюдения 13
Глава 5 Другие методы наблюдений 15
Заключение 16
Список литературы 17
Введение
Данная контрольная работа посвящена современным вопросам астрономии – той области знаний, которые за последние годы дали наибольшее число научно-технических открытий.
Вся история изучения Вселенной есть, в сущности, поиск средств, улучшающих человеческое зрение. До начала XVII века невооруженный глаз был единственным оптическим инструментом астрономов. Вся астрономическая техника древних сводилась к созданию различных угломерных инструментов, как можно более точных и прочных. Уже первые телескопы сразу резко повысили разрешающую и прони¬цающую способность человеческого глаза. Вселенная оказалась совсем иной, чем она казалась до тех пор. Постепенно были созданы приемники невидимых излучений и в настоящее время Вселенную мы воспринимаем во всех диапазонах электромагнитного спектра – от гамма-лучей до сверхдлинных радиоволн.
Актуальность данной темы заключается в том, что благодаря телескопам и другим инструментам астрономической техники человек за три с половиной века проник в такие космические дали, куда свет – самое быстрое, что есть в этом мире – может добраться лишь за миллиарды лет. Это означает, что радиус изучаемой человечеством Вселенной растет со скоростью, в огромное число раз превосхо¬дящей скорость света.
Задачи исследования:
Изучить спектральный анализ небесных тел, проанализировать небо в рентгеновских лучах, рассмотреть радиоастрономию, выявить оптические наблюдения,узнать о других методах наблюдения.
Глава 1 Спектральный анализ небесных тел
Могучим оружием о исследовании Вселенной стал для астрономов спектральный анализ - изучение интен¬сивности излучения в отдельных спектральных линиях, в отдельных участках спектра. Спектральный анализ является важнейшим средством для исследования вселенной. Спектральный анализ является методом, с помощью которого определяется химический состав небесных тел, их температура, размеры, строение, расстояние до них и скорость их движения. Спектральный анализ проводится с использованием приборов спектрографа и спектроскопа. С помощью спектрального анализа определили химический состав звёзд, комет, галактик и тел солнечной системы, т.к. в спектре каждая линия или их совокупность характерна для какого-нибудь элемента. По интенсивности спектра можно определить температуру звёзд и других тел.
По спектру звёзды относят к тому или иному спектральному классу. По спектральной диаграмме можно определить видимую звёздную величину звезды, а далее пользуясь формулами найти абсолютную звёздную величину, светимость, а значит и размер звезды. [5. стр.41]
Но в своем стремлении объяснить природу небесных тел астрономы не сдвину¬лись бы с места ни на шаг, если бы они не знали как возникают в мировых пространствах электромагнитные волны той или другой частоты. Се¬годня уже известно несколько совсем различных механизмов генерирования электромагнитного излучения. Один из них связан с движением электронов в поле атом¬ных ядер - это тепловой механизм. Здесь интенсивность излучения определяется температурой части и их кон¬центрацией в единице объема. Cинхротронное излучение возникает при торможении в магнитном поле реляти¬вистских электронов, т.е. электронов, скорости движе¬ния которых близки к скорости света. Электромагнит¬ные волны возникают и при затухании механических ко¬лебаний неоднородной плазмы (ионизованного газа), и при переходе быстрых частиц через границу двух сред.
Из сказанного следует, что недостаточно зарегист¬рировать излучение какого-то объекта в определенной длине волны. Необходимы исследования в широком диапазоне длин волн и все сторонний анализ получен¬ных результатов. Сегодня астрономы, вооруженные современной ракетной тех¬никой, мощными оптически¬ми и радиотелескопами, сложной теорией механиз¬мов излучения, ведут широ¬кое изучение Вселенной в целом и ее отдельных час¬тей. Астрономы убеждены в том, что они правильно по¬нимают природу процессов, происходящих далеко за пределами наших земных лабораторий. [5. стр.43]
Глава 2 Небо в рентгеновских лучах
До недавнего времени понятие «астрономические наблюдения» было тождественно понятию «оптические наблюдения неба».
Между тем еще в последнем году XVIII в. В. Гершель открыл излучение Солнца, лежащее за пределами видимого спектра. Это было инфракрас¬ное излучение, но его электромагнитная природа ста¬ла ясна много лет спустя. [2. стр.13]
В 1801 г. И.Риттер изучал воздействие фиолето¬вого излучения Солнца на хлористое серебро и не¬ожиданно обнаружил, что восстановление окиси се¬ребра продолжается даже тогда, когда пластинка расположена в «темной» области, дальше за фиоле¬товой. Так было открыто ультрафиолетовое излуче¬ние Солнца, природа которого тоже оставалась не¬ясной.
Лишь в шестидесятых годах XIX в. Д. Максвелл пришел к выводу, что кроме видимого электромаг¬нитного излучения могут существовать и другие его виды, не видимые глазу и отличающиеся лишь длиной волны.
Какое это было бы прекрасное зрелище, если бы мы могли увидеть своими глазами небо в рентгеновских лучах! Пусть даже мы могли бы видеть лишь звезды ярче 6-й звездной величины, как и в оптическом диапазоне. На рентгеновском небе, в отличие от оптического, таких звезд поменьше - около 700 против 6000. Самая яркая рентгеновская звезда светит подобно Венере. Но, в отличие от Венеры, которая блестит спокойно, мы видели бы, как ярчайшая звезда на рентгеновском небе за считанные минуты становится ярче или уменьшает свой блеск. Мы видели бы игру яркости у многих рентгеновских звезд. Мы видели бы, как на небе вспыхивают и гаснут звезды - одни за секунду, другие за минуты, третьи за часы. Иные звезды видны всегда, другие - лишь несколько недель или месяцев. Мы видели бы звезду, которая вспыхивает и гаснет тысячи раз в сутки. Мы видели бы яркие туманности и огромные дуги излучения - ничего похожего нет на оптическом небосклоне. Правда, на рентгеновском небе нет яркой туманной полосы Млечного Пути - небо почти равномерно светится во всех своих частях. Мы видели бы множество слабых звезд, разбросанных по небу, и знали бы, что это очень далекие объекты - на оптическом небе невооруженный взгляд не способен их увидеть.
Рентгеновские звезды собираются в созвездия, которым никто не дал и, видимо, так и не даст названий - поэтические времена в астрономии давно прошли. Астрономы - люди трезвые, предпочитающие точное знание поэтическим обобщениям. [1. стр.24]
Открытие, сделанное в каком-то одном диапазо¬не, сразу приводит к активизации исследований в других диапазонах. Шаровые звездные скопления изучались много лет, и неожиданностей здесь не предвиделось. Но вот были открыты в них рентгенов¬ские источники, и шаровые скопления сразу привлек¬ли всеобщее внимание. Резкий скачок исследований, резкий скачок в нашем понимании природы этих образований. Много лет исследовались двойные системы - кривые блеска, перетекание вещества, свойства звезд. Но вот в двойных системах были открыты рентгеновские источники, и астрофизики поняли, что знания, казавшиеся такими значительным, на самом деле малы. Последовал резкий рост числа исследований двойных систем - не только в рентгеновском, но в оптическом, инфракрасном, радиодиапазонах. Фронт науки не терпит отставания - если в одной области происходит прорыв вперед, на новые рубежи, все остальные должны не медленно подтянуться, иначе картина мира окажется клочковатой или просто противоречивой. В последние годы именно рентгеновские исследования часто были бросками в неизвестное, именно они «тянули» за собой фронт астрофизической науки.
Первое знакомство с рентгеновским небом закончилось - так Галилей, оглядев небо в первый телескоп, понял, что перед ним новый мир, и, оправившись от потрясений, приступил к его систематическому изучению. Изучению, которое привело к современной оптической астрономии. То же предстоит теперь и в астрономии рентгеновской.
И недалеко время, когда астрономы перестанут делить излучение на диапазоны, когда небо откроется сразу всеми цветами. Небо в рентгеновских лучах прекрасно - но мы увидим Небо и поразимся, и застынем на некоторое время, впитывая увиденное. А потом - за работу. [3. стр.67]
Глава 3 Радиоастрономия
3.1 Зарождение радиоастрономии
В Декабре 1931 года в одной из американских лабо¬раторий ее сотрудник Карл Янский изучает атмо¬сферные помехи радиоприему. Нормальный ход радиопередачи на волне 14,7 м нарушен шумами, ин¬тенсивность которых не остается постоянной.
Постепенно выясняется загадочная периодич¬ность - каждые 23 часа 56 минут помехи становятся особенно сильными. И так изо дня в день, из месяца в месяц.
Впрочем, загадка быстро находит свое решение. Странный период в точности равен продолжитель¬ности звездных суток в единицах солнечного времени. Яснее говоря, через каждые 23 часа 56 минут по обычным часам, отсчитывающим солнечное время, земной шар совершает полный оборот вокруг оси, и все звезды снова возвращаются в первоначальное положение относительно горизонта любого пункта Земли.
Отсюда Янский делает естественный вывод: досад¬ные помехи имеют космическое происхождение. Какая-то таинственная космическая «радиостанция» раз в сутки занимает такое положение на небе, что ее ра¬диопередача достигает наибольшей интенсивности.
Янский пытается отыскать объект, вызывающий радиопомехи И, несмотря на несовершенство прием¬ной радиоаппаратуры, виновник найден. Радиоволны исходят из созвездия Стрельца, того самого, в на¬правлении которого находится ядро нашей звездной системы - Галактики.
Так родилась радиоастрономия - одна из наиболее увлекательных отраслей современной астрономии. [4. стр.34]
3.2 Развитие радиоастрономии
Первые пятнадцать лет радиоастрономия почти не развивалась. Многим было еще не ясно, принесут ли радиометоды какую-нибудь существенную пользу астрономии.
Разразившаяся вторая мировая война привела к стремительному росту радиотехники. Радиолокаторы были приняты на вооружение всех армий. Их совер¬шенствовали, всячески стремились повысить чувстви¬тельность, вовсе не предполагая, конечно, использовать радиолокаторы для исследования небесных тел.
Советские ученые академики Л.И. Мандельштам и Н.Д. Папалекси теоретически обосновали возмож¬ность радиолокации Луны еще в 1943 году.
Это было первое радиоастрономическое исследова¬ние в Советском Союзе. В 1946 году оно было проверено на практике сначала в США, а затем в Венгрии. Радиоволны, посланные челове¬ком, достигли Луны и, отразившись от нее, вернулись на Землю, где были уловлены чувствительным радио¬приемником. [1. стр.78]
Последующие десятилетия - это период необыкно¬венно быстрого прогресса радиоастрономии. Его можно назвать триумфальным, так как ежегодно ра¬диоволны приносят из космоса удивительные сведения о природе небесных тел. Радиоастрономия имеет сопоставимые, а по некоторым проблемам и большие по сравнению с оптикой, возможности проникновения в глубины Вселенной. [5. стр.61]
3.3 Перспективы радиоастрономических исследований
Прогресс радиоастрономических исследований определяется уровнем экспериментальной техники. Можно указать на два достижения, которые являются основой современной радиоастрономии.
Первое: разработка апертурного синтеза и синтезированных радиотелескопов, разработка радиоинтерферометров со сверхбольшой базой. Смысл этих систем состоит в том, что сигналы, принятые разными антеннами, определенным образом складываются. В итоге удается воссоздать картину, которую дала бы одна большая остронаправленная антенна. И вот результат - в радиоастрономии получена разрешающая сила в десятитысячной доли угловой секунды, что на несколько порядков выше разрешения наземных оптических телескопов.
Второе: разработка на основе ЭВМ многоканальных систем космической радиоспектроскопии, создание радиотелескопов-спектрометров. Эти инструменты позволили исследовать структуру мазерных источников, открыть в космосе более 50 различных органических молекул, в том числе сложные молекулы, состоящие более чем из десятка атомов.
Через 50 лет, надо полагать, будут открыты планеты у ближайших к нам 5-10 звезд. Скорее всего их обнаружат в оптическом, инфракрасном и субмиллиметровом диапазонах волн с внеатмосферных установок.
В будущем появятся межзвездные корабли-зонды для полета к одной из ближайших звезд в пределах расстояний 5-10 световых лет, разумеется, к той, возле которой будут обнаружены планеты. Такой корабль будет двигаться со скоростью не более 0,1 скорости света с помощью термоядерного двигателя.
В радиоастрономии будут использоваться гигантские космические системы апертурного синтеза с размерами радиотелескопов более 100 метров и расстоянием между ними до нескольких сотен тысяч километров. [2. стр.43]
В первой трети XXI в. будет обсуждаться проблема ограничения производства термоядерной энергии, которая к тому времени станет доминирующей, предпримутся также серьезные шаги, чтобы использовать фоновую энергию, существующую на Земле всегда (энергию ветра, приливов, солнечную энергию и т.п.), утилизация которой не приводит к дополнительному нагреву планеты.
Вероятно, будут построены специальные большие радиотелескопы для наблюдения и поиска электромагнитных сигналов разумного происхождения во всем перспективном диапазоне волн, проведены наблюдения сигналов от значительной части звезд Галактики, получит дальнейшее развитие теория возникновения и эволюции внеземных цивилизаций.
Радиоастрономия использует сейчас самые чувст¬вительные приемные устройства и самые большие ан¬тенные системы. Радиотелескопы проникли в такие глубины космоса, которые пока остаются недосягае¬мыми для обычных оптических телескопов. Радиоаст¬рономия стала неотъемлемой частью современного естествознания. Перед человечеством раскрылся радиокосмос - картина Вселенной в радиоволнах.
Как известно, успехи в радиоастрономии главным образом определяются возможностями получить высокую чувствительность и разрешающую способность. Из оптической астрономии пришло разделение инструментов на два класса: рефлекторов и рефракторов. В середине 50-х годов велась активная дискуссия, какие системы лучше развивать в радиоастрономии, где короче и дешевле путь достижения высокого разрешения и чувствительности.
Каждая наука изучает определенные явления природы, используя свои методы и средства. Для радио¬астрономии объектом изучения служит весь необъятный космос, все бесчисленное множество небесных тел. Правда, это изучение несколько одностороннее - оно ведется лишь посредством радиоволн. Но и в таком разрезе Вселенная оказывается бесконечно многообразной, неисчерпаемой для исследователя. [1. стр.76]
Глава 4 Оптические наблюдения
Человеческому глазу доступна узкая область длин волн электромагнитного спектра излучения - от 0,39 до 0,65 мкм. Это очень небольшая щель, сквозь которую люди в течение тысячелетий загля¬дывали во Вселенную. Но сколько потрясших воображение открытий принесли эти наблюдения!
На протяжении нескольких тысячелетий астрономы ограничивались определением положений светил на небесной сфере и оценкой их блес¬ка невооруженным глазом. Ныне в их распоряжении мощные приборы, позволяющие улавливать буквально отдельные кванты света, идущие от далеких звездных систем. [3. стр.113]
Некоторое время наибольшими из астрономических телескопов были 250-сантиметровый рефлектор обсерва¬тории Маунт Вильсон и 500-сантиметровый рефлектор Паломарской обсерватории в США.
Сегодня крупнейшим в Европе является телескоп рефлектор с диаметром зеркала 600 см. Он установлен на .Северном Кавказе, вблизи станицы Зеленчукская. Вот некоторые его технические характеристики: вес зеркала около 40т, фокусное расстояние - 24 м, вес инструмента вместе с монтиров¬кой - свыше 850 т. Телескоп вращается вокруг горизонтальной и вертикальной осей. Компьютер пересчитывает координа¬ты светила с экваториаль¬ной в горизонтальную систе¬му координат и подаст соответствующие команды на управляющую механическую систему, вращающую ин¬струмент вслед за этим светилом.
До последнего времени наиболее распространенной оптической системой телескопов была система Кассегрена В таком телескопе главное зеркало имеет форму па¬раболоида. Отразившись от него, световые лучи возвра¬щаются сходящимся пучком назад, попадают на мень¬шее выпуклое гиперболическое зеркало, опять изменяют направление своего движения и, пройдя через отверстие в главном зеркале, собираются позади него в фокаль¬ной плоскости.
Несколько лет назад в США, а затем в Австралии введены в действие телескопы системы Ричи-Кретьена с диаметра¬ми зеркал 400 см. В этой системе как главное, так и вспомогательное зеркала имеют гиперболическую фор¬му. Это значительно уменьшает длину трубы телескопа, облегчает его монтировку, а диаметр поля зрения увели¬чивается в 5-10 раз. Аналогичный телескоп установлен в Канаде на горе Кобау. В Чили американские ученые устанавливают телескоп этой же системы с диаметром главного зеркала 400 см, а на так называемой Объединенной Европейской обсерватории устанавливается телескоп с диаметром 360 см. Отметим, что стои¬мость этого гиганта оценивается в 10 млн. дол¬ларов.
Теперь в мире насчитывается около 1000 астрономических обсерваторий и станций наблюдений за искус¬ственными спутниками Земли. Почти 100 из них - в России. Своими исследованиями приобрели мировое при¬знание Пулковская астрономическая обсерватория, Крымская астрофизическая обсерватория, Бюраканская астрофизическая обсерватория, Государственный астрономический ин¬ститут имени Штернберга и многие другие.
На мил¬лиарды световых лет проникает сейчас во Вселенную глаз наблюдателя. Самые слабые объекты, доступные совре¬менным телескопам, имеют примерно 24-ю звездную величину. Самое яркое светило на небе - планета Венера - в периоды наи¬большей яркости имеет звездную величину, равную -4. Значит, блеск слабейшей из галактик в 150 мил¬лиардов раз меньше блеска Венеры. Таков «прони¬цающий взгляд» оптической астрономии. [3. стр.115]
Глава 5 Другие методы наблюдений
Обо всем, что происходит вокруг нас, о далеких звезд¬ных и галактических мирах рассказывают нам световые лучи. Но в наше время визуальные на¬блюдения небесных светил проводятся очень редко. Бо¬лее эффективными оказались фотографические и фото¬электрические методы наблюдений. Возможности фо¬тографического метода действительно сказочные: ведь при длительном фотографировании количество квантов, поглощенных фотоэмульсией, возрастает. В частности, при помощи 6-метрового телескопа можно получить изо¬бражения звезд до 20m при экспозиции всего 10 минут. К тому же на одной пластинке фиксируются изображе¬ния многих тысяч объектов, каждый из которых в свое время может стать чем-то интересным. [2. стр.413]
В последние годы все больше используется фотоэлектрический метод pегистрации слабых световых потоков. В этом случае пучок света направляется не на фотопла¬стинку, а на фотокатод. Для астрономиче¬ских наблюдений сегодня используются очень чувстви¬тельные фотоумножители, способные регистрировать очень слабые световые потоки. Так, современные фото¬умножители, установленные на 5 метровом телескопе, регистрируют быстрые изменения яркости объектов до 24-й видимой величины.
Огромный выигрыш во времени фотографирования слабых объектов дают электронно-оптические преобра¬зователи (ЭОП). Очень перспективным оказался теле¬визионный метод.
Большое значение имеет исследование химического состава звезд путем тщательного анализа их спектров. При этом необходимо учи¬тывать температуру и давление в поверхностных слоях звезд, ко¬торые также получают из спектров. Вообще спектрографические наблюдения дают наиболее полную информацию об условиях, гос¬подствующих в звездных атмосферах. [4. стр.122]
Заключение
Современная астрономия дала доказательства того, что уже около 10 млрд. лет тому назад доступная для астрономических наблюдений Вселенная существовала в виде гигантской системы галактик. Масштабы во вре¬мени выросли в 13 млн. раз.
Но главное, конечно, не в цифровом росте простран¬ственных и временных масштабов, хотя и от них захва¬тывает дыхание. Главное в том, что человек, наконец, вы¬шел на широкий путь понимания действительных зако¬нов мироздания.
Итак, в итоге проведенной работы можно сделать вывод: что благодаря телескопам и другим инструментам астрономической техники человек за три с половиной века проник в такие космические дали, куда свет – самое быстрое, что есть в этом мире – может добраться лишь за миллиарды лет. Это означает, что радиус изучаемой человечеством Вселенной растет со скоростью, в огромное число раз превосхо¬дящей скорость света.
Список использованной литературы
1. Бакулин К. М. Курс общей астрономии: Учеб. / К. М. Бакулин. - М.: 1987.-132с
2. Горелов А. А. Концепции современного естествознания: Учеб. / А. А. Горелов.- М. 2001.-126с
3. Лихин А. Ф. Концепции современного естествознания: Учеб. / А. Ф. Лихин.- М.2003.-153с
4. Михайлов Л. А. КСЕ: Учеб. пособие / Л. А. Михайлов. –М.2004.-129с.
5. Наука и жизнь: Научн. журнал / Г.А. Антипов. –М. 2004.-123с